19-位字段

15.4　位字段

操控位的第2种方法是位字段（bit field）。位字段是一个 signed int 或 unsigned int 类型变量中的一组相邻的位（C99和C11新增了 _Bool 类型的位字段）。位字段通过一个结构声明来建立，该结构声明为每个字段提供标签，并确定该字段的宽度。例如，下面的声明建立了一个4个1位的字段：

struct {
     unsigned int autfd : 1;
     unsigned int bldfc : 1;
     unsigned int undln : 1;
     unsigned int itals : 1;
} prnt;

根据该声明， prnt 包含4个1位的字段。现在，可以通过普通的结构成员运算符（ . ）单独给这些字段赋值：

prnt.itals = 0;
prnt.undln = 1;

由于每个字段恰好为1位，所以只能为其赋值 1 或 0 。变量 prnt 被存储在 int 大小的内存单元中，但是在本例中只使用了其中的4位。

带有位字段的结构提供一种记录设置的方便途径。许多设置（如，字体的粗体或斜体）就是简单的二选一。例如，开或关、真或假。如果只需要使用1位，就不需要使用整个变量。内含位字段的结构允许在一个存储单元中存储多个设置。

有时，某些设置也有多个选择，因此需要多位来表示。这没问题，字段不限制1位大小。可以使用如下的代码：

struct {
     unsigned int code1 : 2;
     unsigned int code2 : 2;
     unsigned int code3 : 8;
} prcode;

以上代码创建了两个2位的字段和一个8位的字段。可以这样赋值：

prcode.code1 = 0;
prcode.code2 = 3;
prcode.code3 = 102;

但是，要确保所赋的值不超出字段可容纳的范围。

如果声明的总位数超过了一个 unsigned int 类型的大小会怎样？会用到下一个 unsigned int 类型的存储位置。一个字段不允许跨越两个 unsigned int 之间的边界。编译器会自动移动跨界的字段，保持 unsigned int 的边界对齐。一旦发生这种情况，第1个 unsigned int 中会留下一个未命名的“洞”。

可以用未命名的字段宽度“填充”未命名的“洞”。使用一个宽度为 0 的未命名字段迫使下一个字段与下一个整数对齐：

struct {
     unsigned int field1    : 1 ;
     unsigned int           : 2 ;
     unsigned int field2    : 1 ;
     unsigned int           : 0 ;
     unsigned int field3    : 1 ;
} stuff;

这里，在 stuff.field1 和 stuff.field2 之间，有一个2位的空隙； stuff.field3 将存储在下一个 unsigned int 中。

字段存储在一个 int 中的顺序取决于机器。在有些机器上，存储的顺序是从左往右，而在另一些机器上，是从右往左。另外，不同的机器中两个字段边界的位置也有区别。由于这些原因，位字段通常都不容易移植。尽管如此，有些情况却要用到这种不可移植的特性。例如，以特定硬件设备所用的形式存储数据。